一种抗静电涂布液及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种抗静电涂布液及其制备方法和应用 (Antistatic coating liquid and preparation method and application thereof ) 是由 伊青松 孙兵 饶莎莎 王平平 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种抗静电涂布液及其制备方法和应用,该抗静电涂布液,按重量份计,包括以下组分：PEDOT/PSS水分散体原液：5-75份,pH值调节剂：0.05-0.75份,导电助剂：1-8份,基体树脂：5-15份,偶联剂0.05-0.5份、去离子水：1-20份,润湿流平剂：0.05-0.5份,消泡剂：0.05-0.5份,其中,基体树脂为自制。本发明的抗静电涂布液具有性能稳定、导电率高、耐溶剂、安全环保等优点,其在特定基材表面涂布干燥后表面电阻达到10～(5)-10～(6)Ω,多次醇洗后表面电阻保持在10～(6)-10～(7)Ω,没有明显的雾化现象。(The invention provides an antistatic coating liquid and a preparation method and application thereof, wherein the antistatic coating liquid comprises the following components in parts by weight: stock solutions of aqueous PEDOT/PSS dispersions: 5-75 parts of a pH value regulator: 0.05-0.75 part of conductive additive: 1-8 parts of matrix resin: 5-15 parts of coupling agent, 0.05-0.5 part of deionized water: 1-20 parts of wetting and leveling agent: 0.05-0.5 part of defoaming agent: 0.05-0.5 part of self-made matrix resin. The antistatic coating liquid has the advantages of stable performance, high conductivity, solvent resistance, safety, environmental protection and the like, and the surface resistance of the antistatic coating liquid reaches 10 after the antistatic coating liquid is coated and dried on the surface of a specific substrate 5 ‑10 6 Omega, surface resistance after multiple alcohol washes was maintained at 10 6 ‑10 7 Omega, no significant fogging.)
技术领域
本发明涉及抗静电涂料技术领域，特别涉及一种抗静电涂布液及其制备方法和应用。
背景技术
有机导电聚合物同时具有传统高分子材料和新型半导体材料的性能，尤其是掺杂态的PEDOT薄膜具有电导率高、透光性好、热稳定性和环境稳定性优良等特性，是目前商业化应用最广泛的新型导电聚合物。其中代表性的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)水分散性复合物因为良好的导电性能和加工性能，在固体电容器电极材料、抗静电涂层、电致发光材料以及有机太阳能电池等领域具有重要的应用价值。
小型电子元件的生产和使用过程中，很容易因为接触摩擦造成表面电荷积累，在局部范围内形成高强度电场，发生静电放电，造成吸附粉尘污染或短路，破坏电子元件。因此导电性的PEDOT/PSS涂层是保证电子元件质量的有效手段。这要求PEDOT/PSS涂层不仅应具有良好的导电性能，也必须具有优良的耐机械摩擦性能和高透光率，同时也应有良好的耐醇洗性能。
根据不同的技术需求，已有多种不同规格的PEDOT/PSS制备技术专利公开。公告号为CN 102731971A的中国发明专利公开了一种掺杂硫酸戊聚糖钠的高导电率PEDOT/PSS溶液制备工艺，产品抗静电性能优异，透明度高。公告号为CN 103865364A的中国发明专利公开了一种聚噻吩抗静电涂布液原料配方，在PET基材上涂布后在150℃条件下烘干10分钟可得高导电率的抗静电膜。公告号为CN 106750449A的中国发明专利公开了一种纳米改性的PEDOT/PSS抗静电涂料制备工艺，通过提高烘干温度和时间可以提高抗静电涂层的耐醇洗性能。上述专利公布的抗静电涂布液制备工艺多数存在着PEDOT/PSS水分散体需自制、有机试剂毒性大、耐醇洗性能差，固化条件苛刻、长期存放性能不稳定等缺点，不能满足企业的具体生产需求。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种抗静电涂布液，以解决现有抗静电涂布液PEDOT/PSS水分散体需自制、有机试剂毒性大、耐醇洗性能差，固化条件苛刻、长期存放性能不稳定的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种抗静电涂布液，按重量份计，包括以下组分：PEDOT/PSS水分散体原液：5-75份，pH值调节剂：0.05-0.75份，导电助剂：1-8份，基体树脂：5-15份，偶联剂：0.05-0.5份，去离子水：1-20份，润湿流平剂：0.05-0.5份，消泡剂：0.05-0.5份；
所述基体树脂通过以下方法制得：将脱水后的聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃与芳香型二异氰酸酯按一定配比混合并加热至65-85℃，再加入二羟甲基丙酸和环氧树脂，反应1-3小时后，再加入丙二醇、三羟甲基丙烷和丙酮于60-80℃反应至结束，降温至50-70℃，得到预聚体；向所述预聚体中加入三乙胺和水搅拌30-50分钟，得到白色乳液，再加入纳米颗粒搅拌1-3h，脱除溶剂，得到基体树脂。
可选地，所述PEDOT/PSS水分散体原液的固含量为0.5-5％，25℃下的pH值为6-10。
可选地，所述pH值调节剂为二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种。
可选地，所述导电助剂可为乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种。
可选地，所述纳米颗粒为碳纳米管、石墨烯、碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛中的一种或几种。
可选地，所述润湿流平剂为有机硅类、非离子类、丙烯酸类表面控制剂中的一种或多种。
可选地，所述消泡剂为有机硅类、非离子类、聚醚类消泡剂中一种或多种。
本发明的第二目的在于提供一种制备上述抗静电涂布液的方法，该制备方法，包括以下步骤：
将所述PEDOT/PSS水分散体原液、所述pH值调节剂、所述导电助剂、所述基体树脂、所述偶联剂、所述去离子水、所述润湿流平剂和所述消泡剂混合搅拌后，得到抗静电涂布液。
可选地，所述混合搅拌的搅拌速率为100-500转/分，搅拌时间为1-24小时。
本发明的第三目的在于提供一种上述抗静电涂布液在防静电行业中的应用，该应用包括以下步骤：
将所述抗静电涂布液用线棒涂布在基材上，于100-140℃下干燥0.5-1分钟，得到用于防静电的PEDOT/PSS抗静电涂层；
所述基材为PET、PE、玻璃中的一种或多种。
相对于现有技术，本发明所述的抗静电涂布液具有以下优势：
1、本发明采用市售的PEDOT/PSS水分散体原液，来源供应稳定，可以大量使用，且涂布液的原料多采用毒性较小的有机试剂或无机试剂，环保效果佳，同时本发明防静电涂布液可以在较短的干燥时间内，得到导电率高耐醇洗性能好的防静电涂布液，节约了能源，减少了成本，更适用于工业化生产，其在特定基材表面涂布干燥后表面电阻达到105-106Ω，多次醇洗后表面电阻保持在106-107Ω，没有明显的雾化现象。
2、本发明自制基体树脂，其本身具有一定的耐溶剂、耐摩擦、稳定性好的性能，这使得本发明的抗静电涂布液可长期存放而不会影响其耐溶剂、耐摩擦等性能。
3、本发明制备方法简单、成本低、环境友好、且产品可长期存放，在特定基材表面涂布成膜的导电性优良，耐醇洗性能好，透光率高，适合工业规模生产。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种抗静电涂布液，具体采用以下方法制得：
1)将脱水后的聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃与芳香型二异氰酸酯按一定配比混合并加热至65℃，再加入二羟甲基丙酸和环氧树脂，反应3小时后，再加入丙二醇、三羟甲基丙烷和丙酮于80℃反应至结束，降温至70℃即可得到预聚体；向预聚体中加入三乙胺和水搅拌30分钟，得到白色乳液，再加入碳纳米管搅拌3h，脱除溶剂后可得基体树脂，所得的基体树脂具有耐溶剂、耐摩擦、稳定性好的性能，其可乙醇擦拭200次以上，并可室温放置6个月以上；
2)按重量份计，取6份量步骤1)的基体树脂，加入0.5份量的5M氨水，再逐步依次滴加二甲基亚砜5.0份量、PEDOT/PSS水分散体原液15份量、偶联剂KH 560 0.5份量、有机硅类润湿流平剂0.15份量、聚醚类消泡剂0.15份量、去离子水5份量，加快搅拌速度至400转/分，连续搅拌至均匀，反应结束后，得到抗静电涂布液。
取少量PEDOT/PSS涂布液(本实施例的抗静电涂布液)，滴加在PET基膜上，用2#线性涂布棒滚压成膜，然后，放入已预热至110℃的烘箱中，烘干1分钟，进行高温成膜，得到用于电子元件防静电的PEDOT/PSS抗静电涂层。
用MODEL-100电阻测试仪测定所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的电阻值。
经测试可知，本实施例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的表面电阻值为106～107Ω，且膜表面均匀透明，无雾化现象。
对本实施例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层进行耐醇洗测试，具体测试方法为：使用脱脂棉用乙醇浸湿，然后连续擦拭成膜基材表面200次以上，并再次放入上述条件烘箱中烘干30秒，然后，用MODEL-100电阻测试仪测定膜表面电阻值。
经测试可知，本实施例所得PEDOT/PSS抗静电涂层经过醇洗处理后的表面电阻值为107～108Ω，膜表面均匀透明，无雾化现象。
实施例2
一种抗静电涂布液，具体采用以下方法制得：
1)将脱水后的聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃与芳香型二异氰酸酯按一定配比混合并加热至70℃，再加入二羟甲基丙酸和环氧树脂，反应2小时后，再加入丙二醇、三羟甲基丙烷和丙酮于70℃反应至结束，降温至60℃即可得到预聚体；向预聚体中加入三乙胺和水搅拌40分钟，得到白色乳液，再加入纳米石墨烯和碳酸钙搅拌3h，脱除溶剂后可得基体树脂，所得的基体树脂具有耐溶剂、耐摩擦、稳定性好的性能，其可乙醇擦拭200次以上，并可室温放置6个月以上；
2)按重量份计，取6份量步骤1)的基体树脂，加入0.25份量的N,N-二甲基乙醇胺，再逐步依次滴加二甲基亚砜3.5份量、PEDOT/PSS水分散体原液5份量、偶联剂KH 560 0.5份量、有机硅类润湿流平剂0.16份量、聚醚类消泡剂0.16份量、去离子水6份量，加快搅拌速度至400r/min，连续搅拌至均匀，反应结束后，得到抗静电涂布液。
取少量PEDOT/PSS涂布液(本实施例的抗静电涂布液)，滴加在PET基膜上，用2#线性涂布棒滚压成膜，然后放入已预热至120℃的烘箱中，烘干0.5分钟，进行高温成膜，得到用于电子元件防静电的PEDOT/PSS抗静电涂层。
用MODEL-100电阻测试仪测定所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的电阻值。
经测试可知，本实施例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的表面电阻值为105～106Ω，且膜表面均匀透明，观测不到雾化现象。
对本实施例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层进行耐醇洗测试，具体测试方法为：使用脱脂棉用乙醇浸湿，连续擦拭成膜基材表面200次以上，并再次放入上述条件烘箱中烘干30秒，然后，用MODEL-100电阻测试仪测定膜表面电阻值。
经测试可知，本实施例所得PEDOT/PSS抗静电涂层经过醇洗处理后的表面电阻值为106～107Ω，膜表面均匀透明，观测不到雾化现象。
实施例3
一种抗静电涂布液，具体采用以下方法制得：
1)将脱水后的聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃与芳香型二异氰酸酯按一定配比混合并加热至65℃，再加入二羟甲基丙酸和环氧树脂，反应1.5小时后，再加入丙二醇、三羟甲基丙烷和丙酮于60℃反应至结束，降温至50℃即可得到预聚体；向预聚体中加入三乙胺和水搅拌30分钟，得到白色乳液，再加入碳纳米管和二氧化硅搅拌3h，脱除溶剂后可得基体树脂，所得的基体树脂具有耐溶剂、耐摩擦、稳定性好的性能，其可乙醇擦拭200次以上，并可室温放置6个月以上；
2)按重量份计，取6份量步骤1)的基体树脂，加入0.5份量的5M氨水，再逐步依次滴加二甲基亚砜3.0份量、PEDOT/PSS水分散体原液8份量、KH 560偶联剂1.0份量、有机硅类润湿流平剂0.16份量、聚醚类消泡剂0.16份量、去离子水3.0份量，加快搅拌速度至400r/min，连续搅拌至均匀，反应结束后，得到抗静电涂布液。
取少量PEDOT/PSS涂布液(本实施例的抗静电涂布液)，滴加在PET基膜上，用2#线性涂布棒滚压成膜，然后放入已预热至120℃的烘箱中，烘干1分钟，进行高温成膜，得到用于电子元件防静电的PEDOT/PSS抗静电涂层。
用MODEL-100电阻测试仪测定所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的电阻值。
经测试可知，本实施例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的表面电阻值为105～106Ω。膜表面均匀透明，无雾化现象。
对本实施例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层进行耐醇洗测试，具体测试方法为：使用脱脂棉用乙醇浸湿，连续擦拭成膜基材表面200次以上，并再次放入上述条件烘箱中烘干30秒，然后，用MODEL-100电阻测试仪测定膜表面电阻值。
经测试可知，本实施例所得PEDOT/PSS抗静电涂层经过醇洗处理后的表面电阻值为106～107Ω，膜表面均匀透明，无雾化现象。
实施例4
一种抗静电涂布液，具体采用以下方法制得：
1)将脱水后的聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃与芳香型二异氰酸酯按一定配比混合并加热至70℃，再加入二羟甲基丙酸和环氧树脂，反应1小时后，再加入丙二醇、三羟甲基丙烷和丙酮于70℃反应至结束，降温至70℃即可得到预聚体；向预聚体中加入三乙胺和水搅拌30分钟，得到白色乳液，再加入二氧化钛搅拌2h，脱除溶剂后可得基体树脂，所得的基体树脂具有耐溶剂、耐摩擦、稳定性好的性能，其可乙醇擦拭200次以上，并可室温放置6个月以上；
2)按重量份计，取6份量步骤1)的基体树脂，加入0.5份量的5M氨水，再逐步依次滴加二甲基亚砜3.0份量、PEDOT/PSS水分散体原液15份量、KH 560偶联剂1.5份量、有机硅类润湿流平剂0.2份量、聚醚类消泡剂0.2份量、去离子水5份量和N-甲基吡咯烷酮3份量，加快搅拌速度至500r/min，连续搅拌至均匀，反应结束后，得到抗静电涂布液。
取少量PEDOT/PSS涂布液(本实施例的抗静电涂布液)，滴加在PET基膜上，用2#线性涂布棒滚压成膜，然后放入已预热至120℃的烘箱中，烘干1分钟，进行高温成膜，得到用于电子元件防静电的PEDOT/PSS抗静电涂层。
用MODEL-100电阻测试仪测定所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的电阻值。
经测试可知，本实施例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的表面电阻值为106～107Ω，且膜表面均匀透明，无雾化现象。
对本实施例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层进行耐醇洗测试，具体测试方法为：使用脱脂棉用乙醇浸湿，连续擦拭成膜基材表面200次以上，并再次放入上述条件烘箱中烘干30秒，然后，用MODEL-100电阻测试仪测定膜表面电阻值。
经测试可知，本实施例所得PEDOT/PSS抗静电涂层经过醇洗处理后的表面电阻值为108～109Ω，膜表面均匀透明，无雾化现象。
对比例1
一种抗静电涂布液，具体采用以下方法制得：
按重量份计，取6份量的商用水性聚丙烯酸树脂，加入0.5份量的5M氨水，再逐步依次滴加二甲基亚砜5.0份量、PEDOT/PSS水分散体原液15份量、KH 560偶联剂0.5份量、有机硅类润湿流平剂0.15份量、聚醚类消泡剂0.15份量、去离子水5份量，加快搅拌速度至400r/min，连续搅拌至均匀，反应结束后，得到抗静电涂布液。
取少量PEDOT/PSS涂布液(本对比例的抗静电涂布液)，滴加在PET基膜上，用2#线性涂布棒滚压成膜，然后放入已预热至110℃的烘箱中，烘干1分钟，进行高温成膜，得到用于电子元件防静电的PEDOT/PSS抗静电涂层。
用MODEL-100电阻测试仪测定所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的电阻值。
经测试可知，本对比例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的表面电阻值为107～108Ω，且膜表面均匀透明，无雾化现象。
对本对比例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层进行耐醇洗测试，具体测试方法为：使用脱脂棉用乙醇浸湿，连续擦拭成膜基材表面200次以上，并再次放入上述条件烘箱中烘干30秒，然后，用MODEL-100电阻测试仪测定膜表面电阻值。
经测试可知，本对比例所得PEDOT/PSS抗静电涂层经过醇洗处理后的表面电阻值超过1011Ω，且膜表面有擦痕和雾化现象。
若涂布之后，将涂膜在110℃的烘箱中加热20分钟，固化成膜后测定膜表面电阻值为106～107Ω，膜表面均匀透明，无雾化。醇洗擦拭200次并烘干0.5分钟后测得膜表面电阻值为107～108Ω，无擦痕和雾化现象。
对比例2
一种抗静电涂布液，具体采用以下方法制得：
按重量份计，取6份量的商用水性聚碳酸酯聚氨酯树脂，加入0.25份量的N,N-二甲基乙醇胺，再逐步依次滴加二甲基亚砜3.5份量、PEDOT/PSS水分散体原液5份量、KH 560偶联剂0.5份量、有机硅类润湿流平剂0.16份量、聚醚类消泡剂0.16份量、去离子水6份量，加快搅拌速度至400r/min，连续搅拌至均匀，反应结束后，得到抗静电涂布液。
取少量PEDOT/PSS涂布液(本对比例的抗静电涂布液)，滴加在PET基膜上，用2#线性涂布棒滚压成膜，然后放入已预热至120℃的烘箱中，烘干1分钟，进行高温成膜，得到用于电子元件防静电的PEDOT/PSS抗静电涂层。
用MODEL-100电阻测试仪测定所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的电阻值。
经测试可知，本对比例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的表面电阻值为106～107Ω，且膜表面均匀透明，无雾化现象。
对本对比例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层进行耐醇洗测试，具体测试方法为：使用脱脂棉用乙醇浸湿，连续擦拭成膜基材表面200次以上，并再次放入上述条件烘箱中烘干30秒，然后，用MODEL-100电阻测试仪测定膜表面电阻值。
经测试可知，本对比例所得PEDOT/PSS抗静电涂层经过醇洗处理后的表面电阻值超过1010Ω，且膜表面有擦痕和雾化现象。
若涂布之后，将涂膜在120℃的烘箱中加热15分钟，固化成膜后测定膜表面电阻值为105～106Ω，膜表面均匀透明，无雾化。醇洗擦拭200次并烘干0.5分钟后测得膜表面电阻值为106～107Ω，无擦痕和雾化现象。
对比例3
一种抗静电涂布液，具体采用以下方法制得：
按重量份计，取4份量的商用水性聚碳酸酯聚氨酯树脂和2份量实施例1制备的基体树脂，加入0.5份量的5M氨水，然后，逐步依次滴加二甲基亚砜5.0份量、PEDOT/PSS水分散体原液15份量、KH 560偶联剂0.5份量、有机硅类润湿流平剂0.15份量、聚醚类消泡剂0.15份量、去离子水5份量，加快搅拌速度至400r/min，连续搅拌至均匀，反应结束后，得到抗静电涂布液。
取少量PEDOT/PSS涂布液(本对比例的抗静电涂布液)，滴加在PET基膜上，用2#线性涂布棒滚压成膜，然后放入已预热至140℃的烘箱中，烘干1分钟，进行高温成膜，得到用于电子元件防静电的PEDOT/PSS抗静电涂层。
用MODEL-100电阻测试仪测定所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的电阻值。
经测试可知，本对比例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层的表面电阻值为106～107Ω，且膜表面均匀透明，无雾化现象。
对本对比例所得的PEDOT/PSS抗静电涂层进行耐醇洗测试，具体测试方法为：使用脱脂棉用乙醇浸湿，连续擦拭成膜基材表面200次以上，并再次放入上述条件烘箱中烘干30秒，然后，用MODEL-100电阻测试仪测定膜表面电阻值。
经测试可知，本对比例所得PEDOT/PSS抗静电涂层经过醇洗处理后的表面电阻值超过1010Ω，且膜表面有擦痕和雾化现象。
若涂布之后，将涂膜在140℃的烘箱中加热10分钟，固化成膜后测定膜表面电阻值为106～107Ω，膜表面均匀透明，无雾化。醇洗擦拭200次并烘干0.5分钟后测得膜表面电阻值为107～108Ω，无擦痕和雾化现象。
需要说明的是，本发明各实施例和对比例中所用的PEDOT/PSS水分散体原液的固含量为0.5-5％，25℃下的pH值为6-10。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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